KR101818037B1 - 움직임 추정장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 움직임 추정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준에 따른 코딩유니트 별로 64x64, 32x32 모드에서는 예측기법을 이용하여 최소의 움직임벡터를 구하고, 이외의 모드에서는 완전탐색 방식을 이용하여 움직임벡터를 구함으로써 코딩유니트에 따른 움직임 추정으로 화질이 열화 되지 않으면서 매크로블록이 큰 영역에서는 외부메모리의 엑세스를 줄일 수 있다.

Description

움직임 추정장치 및 그 방법{APPARATUS OF MOTION ESTIMATION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 움직임 추정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준에 의한 동영상의 움직임 추정시 초고해상도에 적합한 움직임 추정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
정보통신기술의 비약적인 발전으로 인하여, 화상 회의 시스템, 와이브로(Wibro), 차세대 이동통신, 고품질의 무선랜 등이 연구 개발되면서, 고속의 멀티미디어 데이터 통신에 대한 관심과 요구가 증대되고 있다. 이러한 멀티미디어 데이터 통신 중에서 현재 가장 관심을 많이 받고 있는 분야가 무선망을 통한 다양한 정보의 송수신이다.
현재 무선 데이터 송수신의 전송속도가 비약적으로 향상됨에 따라 데이터 크기가 큰 동영상 데이터까지도 무선통신 네트워크를 통해 실시간으로 송수신할 수 있게 되었다.
그런데, 동영상 데이터는 정보 전달 능력이 뛰어난 것에 반하여 용량이 상당히 크기 때문에 일반적으로 저장과 전송에 어려움이 존재한다. 또한, 어플리케이션의 요구에 따라서 방대한 동영상 정보가 적절히 처리되어야 하므로, 동영상을 처리하기 위한 시스템 또한 높은 사양이 요구된다. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로, 동영상 데이터를 작은 정보로 변환시키는 기술인 동영상 압축 알고리즘이 활발히 연구되어 오고 있다. 현재까지 연구된 동영상 압축과 관련된 대표적인 국제 표준에는 ISO/IEC의 엠펙(MPEG) 시리즈와 ITU-T의 H.26x 시리즈가 있다.
또한 차세대 멀티미디어 동영상 압축 표준인 HEVC(High Efficiency Video Coding)는 H.264의 압축률 보다 2배의 압축률을 목표로 표준화가 진행되고 있으며, 이 표준은 매우 높은 압축율을 주요 기술적 목표로 하고 있어 저장매체, 인터넷, 위성방송 등의 거의 모든 전송미디어 및 다양한 동영상 해상도의 환경에서 사용될 수 있는 범용 동영상 부호화 기술이다.
특히 HEVC의 구성요소 블록에서 연산량이 가장 많은 움직임 추정 블록에서 HEVC에서는 다양한 코딩유니트(Coding Unit)를 이용하여 표준을 제정하고 있다.
현재 시장에서는 초고화질 고해상도의 처리가 가능한 SoC(System On a Chip)를 요구에 따라 HEVC 기반의 SoC를 구현시 해상도의 증가에 대응하여 외부메모리와 내부메모리 간의 데이터 전송이 빈번하게 일어나 성능 저하를 가져오고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2009-0079286호(2009.07.22.)에 개시되어 있다.
HEVC 기반의 SoC에서 움직임 추정 방법으로 고속 전역 탐색 블록정합 알고리즘을 이용하여 구현할 경우 차세대표준인 HEVC에 초고해상도 표준을 만족하는 구조에는 현재 및 이전영상에 대한 매크로블록마다 추정함으로써 많은 메모리 대역폭이 생기는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준에 따른 코딩유니트 별로 64x64, 32x32 모드에서는 예측기법을 이용하여 최소의 움직임벡터를 구하고, 이외의 모드에서는 완전탐색 방식을 이용하여 움직임벡터를 구함으로써 코딩유니트에 따른 움직임 추정으로 화질이 열화 되지 않으면서 메모리 엑세스를 줄이는 움직임 추정장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 움직임 추정장치는 현재영상 및 이전영상을 기반으로 SAD(Sum of Absolute Difference) 및 움직임벡터를 연산하는 연산부; 현재영상 및 이전영상에 대한 중간 움직임벡터를 연산하여 출력하는 보상중간 연산부; 및 코딩유니트의 모드에 따라 연산부 및 보상중간 연산부를 제어하고 보상중간 연산부의 결과에 따라 움직임벡터나 중간 움직임벡터를 선택적으로 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는 코딩유니트가 64x64 및 32x32 모드일 때 보상중간 연산부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 보상중간 연산부는 현재영상에 대한 움직임을 보상하고 보상 SAD를 산출하는 보상부; 현재영상의 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD 및 움직임벡터의 중간값에 의한 중간 SAD 및 중간 움직임벡터를 연산하는 중간값 연산부; 및 중간값 연산부에서 연산된 중간 SAD와 보상부에서 산출된 보상 SAD를 비교하여 비교결과 및 중간값 연산부에서 연산된 중간 움직임벡터를 출력하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 비교부는 보상 SAD가 중간 SAD보다 작을 경우 중간 움직임벡터를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는 비교부에서의 비교결과 보상 SAD가 중간 SAD보다 작을 경우 비교부에서 출력된 중간 움직임벡터가 출력되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 인접한 매크로블록은 상기 현재영상의 매크로블록 좌측, 상측, 우상측을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는 코딩유니트에 따라 현재영상 및 이전영상으로 매크로블록 데이터나 탐색영역 전체 데이터를 읽어오는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 움직임 추정방법은 제어부가 코딩유니트의 모드를 입력받아 설정된 모드 여부를 판단하여 현재영상 및 이전영상에 대한 매크로블록 데이터나 탐색영역 전체 데이터를 외부메모리로부터 읽어오는 단계; 코딩유니트의 모드가 설정된 모드인 경우 현재영상의 매크로블록 데이터에 대한 움직임 보상 및 보상 SAD를 산출하는 단계; 현재영상의 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD 및 움직임벡터의 중간값을 통해 중간 SAD 및 중간 움직임벡터를 연산하는 단계; 및 보상 SAD와 중간 SAD를 비교한 결과 보상 SAD가 작은 경우 중간 움직임벡터를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 코딩유니트의 모드가 설정된 모드 이외의 경우 및 보상 SAD 와 중간 SAD를 비교한 결과 보상 SAD가 큰 경우 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 SAD 및 움직임벡터를 연산하여 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설정된 모드는 64x64 및 32x32 모드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 인접한 매크로블록은 현재영상의 매크로블록 좌측, 상측, 우상측을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준에 따른 코딩유니트 별로 64x64, 32x32 모드에서는 예측기법을 이용하여 최소의 움직임벡터를 구하고, 이외의 모드에서는 완전탐색 방식을 이용하여 움직임벡터를 구함으로써 코딩유니트에 따른 움직임 추정으로 화질이 열화 되지 않으면서 매크로블록이 큰 영역에서는 외부메모리의 엑세스를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치가 적용되는 HEVC 표준에서의 코딩유니트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치에서 인접한 매크로블록의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 움직임 추정장치 및 그 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치를 나타낸 블록구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치가 적용되는 HEVC 표준에서의 코딩유니트를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치에서 인접한 매크로블록의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정장치는 영상저장부(15), 연산부(40), 보상중간 연산부(45), 움직임벡터 선택부(80) 및 제어부(90)를 포함한다.
영상저장부(15)는 외부메모리(10)로부터 읽어온 현재영상 및 이전영상을 저장한다. 이때 외부메모리(10)로부터 읽어온 현재영상은 현재영상 저장부(20)에 저장되고, 이전영상은 이전영상 저장부(30)에 저장한다.
이때 제어부(90)에서 코딩유니트의 모드에 따라 현재영상 및 이전영상으로써 매크로블록 데이터나 탐색영역 전체 데이터를 읽어오도록 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 HEVC 표준에서는 다양한 코딩유니트를 이용하고 있으며 코딩유니트의 모드에 따라 매크로블록의 크기도 다양하게 구성된다.
연산부(40)는 현재영상 및 이전영상을 기반으로 SAD(Sum of Absolute Difference) 및 움직임벡터를 연산한다.
이때 연산부(40)는 H,264 표준에서 적용되는 움직임 추정 알고리즘을 적용하여 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 SAD 및 움직임벡터를 연산한다.
보상중간 연산부(45)는 보상부(50), 중간값 연산부(60) 및 비교부(70)를 포함하여 현재영상의 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 중간 움직임벡터를 연산하여 출력한다.
이때 보상부(50)는 본 발명이 적용되는 HEVC 표준에서 코딩유니트의 모드가 64x64 및 32x32 모드일 때 현재영상의 매크로블록 데이터만을 통해 움직임을 보상하고 보상 SAD(SADmcp)를 산출한다.
중간값 연산부(60)는 현재영상 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD 및 움직임벡터의 중간값에 의한 중간 SAD(SADmed) 및 중간 움직임벡터(MVmed)를 연산한다.
이때 인접한 매크로블록은 도 3에 도시된 바와 같이 현재영상의 매크로블록(X) 좌측(A), 상측(B), 우상측(C)을 포함한다.
따라서, 인접한 매크로블록인 좌측(A), 상측(B), 우상측(C), 이전영상의 매크로블록(D)에 대한 각각의 SAD의 중간값인 중간 SAD(SADmed) 및 각각의 움직임벡터의 중간값인 중간 움직임벡터(MVmed)를 연산한다.
비교부(70)는 중간값 연산부(60)에서 연산된 중간 SAD(SADmed)와 보상부(50)에서 산출된 보상 SAD(SADmcp)를 비교하여 비교결과 및 중간값 연산부(60)에서 연산된 중간 움직임벡터(MVmed)를 출력한다.
움직임벡터 선택부(80)는 연산부(40)에서 출력되는 움직임벡터와 비교부(70)에서 출력되는 중간 움직임벡터(MVmed)를 선택적으로 출력한다.
제어부(90)는 코딩유니트 모드선택부(100)으로부터 입력된 코딩유니트의 모드에 따라 연산부(40) 및 보상중간 연산부(45)를 제어하고 보상중간 연산부(45)의 결과에 따라 움직임벡터 선택부(80)의 출력을 선택한다.
즉, 제어부(90)는 코딩유니트의 모드에 따라 64x64 및 32x32 모드일 때는 현재영상의 매크로블록 데이터만을 통해 움직임을 보상하고 보상 SAD(SADmcp)를 산출한 후 중간값 연산부(60)에서 산출된 중간 SAD(SADmed)를 비교하여 보상 SAD(SADmcp)가 작을 경우 중간값 연산부(60)에서 산출된 중간 움직임벡터(MVmed)를 통해 움직임을 추정한다.
반면에, 16x16이나 8x8 모드일 경우나 보상 SAD(SADmcp)가 중간 SAD(SADmed)보다 작지 않을 경우에는 H.264 표준에서와 같이 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 움직임벡터를 연산하여 움직임을 추정한다.
이와 같이 본 발명에 의한 움직임 추정장치는 코딩유니트의 모드가 64x64 및 32x32 모드일 때는 현재영상의 매크로블록에 대해서만 SAD를 산출하여 조기제거(early termination)를 판단하고 중간 움직임벡터로 움직임을 추정함으로써 하드웨어의 면적을 최소화하고 메모리 액세스를 줄일 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정방법은 먼저, 제어부(90)가 코딩유니트 모드선택부(100)로부터 코딩유니트의 모드를 입력받아 설정된 모드 여부를 판단한다(S10)(S20).
이때 설정된 모드는 64x64 및 32x32 모드로써 HEVC 표준에서는 H.264 표준과는 달리 16x16 모드 이외에도 다양한 모드가 적용되고 있다.
따라서, 코딩유니트가 설정된 모드인 64x64 및 32x32 모드인 경우에는 현재영상 및 이전영상에 대한 매크로블록 데이터만을 외부메모리(10)로부터 읽어와 현재영상 저장부(20) 및 이전영상 저장부(30)에 저장함으로써 메모리의 액세스 줄일 수 있다(S50).
그러나, 설정된 모드 외의 모드인 경우에는 탐색영역 전체 데이터를 외부메모리(10)로부터 읽어와 현재영상 저장부(20) 및 이전영상 저장부(30)에 저장한다(S30).
이후 설정된 모드 이외의 경우에는 H.264 표준에서와 같이 현재영상 저장부(20) 및 이전영상 저장부(30)에 저장된 탐색영역 전체 데이터를 이용하여 SAD 및 움직임벡터를 산출하여 출력한다(S40).
반면 설정된 모드인 경우에는 현재영상의 매크로블록 데이터에 대해 움직임 보상을 수행한 후 보상 SAD(SADmcp)를 산출한다(S60).
또한, 설정된 모드인 경우에는 현재영상의 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD 및 움직임벡터의 중간값을 통해 중간 SAD(SADmed) 및 중간 움직임벡터(MVmed)를 연산한다(S70).
이때 인접한 매크로블록은 도 3에 도시된 바와 같이 현재영상의 매크로블록(X)의 좌측(A), 상측(B), 우상측(C)을 나타낸다. 이전영상의 매크로블록(D)은 현재영상의 매크로블록(X)과 동일한 위치를 나타낸다.
따라서, 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD인 SADa, SADb, SADc, SADd의 중간값으로 중간 SAD(SADmed)과 움직임벡터인 MVa, MVb, MVc, MVd의 중간값으로 중간 움직임벡터(MVmed)를 산출한다.
이후 보상 SAD(SADmcp)와 중간 SAD(SADmed)를 비교하여 보상 SAD(SADmcp)가 작은 경우에는 중간 움직임벡터(MVmed)를 출력하여 조기제거(Early Termination)하고, 중간 움직임벡터(MVmed)를 움직임 추정에 사용한다(S80)(S90).
움직임 추정은 영상신호의 인접한 화면들 간의 높은 상관성(correlation)을 가지고 있으며, 이러한 시간축 상에서 존재하는 중복적인 정보(redundant information)를 줄임으로써 영상신호의 압축효율을 높일 수 있다.
반면, 보상 SAD(SADmcp)와 중간 SAD(SADmed)를 비교하여 보상 SAD(SADmcp)가 큰 경우에는 H.264 표준에서와 같이 현재영상 저장부(20) 및 이전영상 저장부(30)에 저장된 탐색영역 전체 데이터를 이용하여 완전탐색 방식을 통해 SAD 및 움직임벡터를 산출하여 출력한다(S80)(S40).
예를들어 프레임당 코딩유니트에 의한 64x64 매크로블록이 50%를 차지한다고 가정할 때 완전탐색 방식에 비해 본원발명에 의한 코딩유니트별 움직임 추정을 수행할 경우 50%정도의 메모리 대역폭 액세스를 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 움직임 추정방법은 코딩유니트의 모드가 64x64 및 32x32 모드일 때는 현재영상의 매크로블록에 대해서만 SAD를 산출하여 조기제거(early termination)를 판단하고 중간 움직임벡터로 움직임을 추정함으로써 하드웨어의 면적을 최소화하고 메모리 액세스를 줄일 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 외부메모리 20 : 현재영상 저장부
30 : 이전영상 저장부 40 : 연산부
45 : 보상중간 연산부 50 : 보상부
60 : 중간값 연산부 70 : 비교부
80 : 움직임벡터 선택부 90 : 제어부
100 : 코딩유니트 모드선택부

Claims (11)

  1. 현재영상 및 이전영상에 대한 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 SAD(Sum of Absolute Difference) 및 움직임벡터를 연산하는 연산부;
    상기 현재 영상의 매크로블록의 데이터를 통해 보상 SAD를 연산하고 그리고 상기 현재영상의 상기 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 이전영상의 매크로블록에 대한 중간 SAD 및 중간 움직임벡터를 연산하는 보상중간 연산부; 및
    코딩유니트의 모드에 따라 상기 연산부 및 상기 보상중간 연산부를 제어하고, 상기 보상 SAD가 상기 중간 SAD보다 작은 경우 상기 중간 움직임벡터가 출력되도록 제어하고, 그리고, 상기 보상 SAD가 상기 중간 SAD보다 큰 경우 상기 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 연산된 상기 움직임벡터가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는 움직임 추정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 코딩유니트가 64x64 및 32x32 모드일 때 보상중간 연산부를 제어하는 것을 움직임 추정장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 인접한 매크로블록은 상기 현재영상의 매크로블록 좌측, 상측, 우상측을 포함하는 움직임 추정장치.
  7. 삭제
  8. 제어부가 코딩유니트의 모드를 입력받아 설정된 모드 여부를 판단하여 현재영상 및 이전영상에 대한 매크로블록 데이터나 탐색영역 전체 데이터를 외부메모리로부터 읽어오는 단계;
    상기 코딩유니트의 모드가 상기 설정된 모드인 경우 상기 현재영상의 매크로블록 데이터에 대한 움직임 보상 및 보상 SAD를 산출하는 단계;
    상기 현재영상의 매크로블록에 인접한 매크로블록 및 상기 이전영상의 매크로블록에 대한 SAD 및 움직임벡터의 중간값을 통해 중간 SAD 및 중간 움직임벡터를 연산하는 단계;
    상기 보상 SAD와 상기 중간 SAD를 비교한 결과 상기 보상 SAD가 작은 경우 상기 중간 움직임벡터를 출력하는 단계; 및
    상기 코딩유니트의 모드가 상기 설정된 모드 이외의 경우 및 상기 보상 SAD 와 상기 중간 SAD를 비교한 결과 상기 보상 SAD가 큰 경우 상기 탐색영역 전체 데이터를 기반으로 SAD 및 움직임벡터를 연산하여 출력하는 단계를 포함하는 움직임 추정방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 설정된 모드는 64x64 및 32x32 모드인 움직임 추정방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 인접한 매크로블록은 상기 현재영상의 매크로블록 좌측, 상측, 우상측을 포함하는 움직임 추정방법.
KR1020110133944A 2011-12-13 2011-12-13 움직임 추정장치 및 그 방법 KR101818037B1 (ko)

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